



1️⃣核心创新: 引入了一种简单的方法,将高性能电子受体 Y6(具有苯并噻二唑核心)中的硫原子替换为硒原子,得到 Y6Se。
化学结构: 图1a 展示了 Y6 和 Y6Se 的化学结构,其中 Y6Se 将 Y6 中的硫原子(X=S)替换为硒原子(X=Se)。
Y6Se 的优势(与 Y6 对比):
更低的 Urbach 能量: Y6Se 的 Urbach 能量为 20.4 meV,远低于 Y6 的 24.6 meV,这是高性能有机光伏材料中报告的最低值,非常接近无机/混合半导体(约 15 meV)。这表明 Y6Se 的能量无序度显著降低。
机制解释: 低 Urbach 能量归因于 Y6Se 增强的分子刚性和更好的分子间堆积(更高的π-π堆叠结晶相干长度 CCL)。硒取代减少了芳香性并增加了醌式特征,从而提高了分子刚性。
2️⃣更宽更强的吸收: Y6Se 表现出更宽和更强的吸收,薄膜的吸收峰红移至 858 nm(Y6 为 741 nm),光学带隙为 1.32 eV,处于太阳能电池优化带隙范围内。
更高的电子迁移率: Y6Se 的场效应晶体管 (OFET) 电子迁移率为 4.2 × 10⁻² cm²V⁻¹s⁻¹,垂直方向的电子迁移率为 2.7 × 10⁻⁴ cm²V⁻¹s⁻¹,均高于 Y6。这得益于其更规整的分子堆积(GIWAXS 分析显示 Y6Se 的 π-π堆叠 CCL 更大)。
更好的光稳定性: 在强紫外A (UVA) 光照下,Y6Se 薄膜的吸光度几乎没有变化,而 Y6 薄膜的吸光度下降了 2.5%。这归因于有机硒化合物更好的抗氧化性。
能级: Y6Se 的 LUMO 为 -4.15 eV,HOMO 为 -5.70 eV(图1b),与供体 D18 形成良好的能级匹配。
3️⃣器件性能 (Device Performance)
电池结构: 基于 D18(供体)和 Y6Se(受体)的铸膜(as-cast)OSCs,采用 ITO/PEDOT:PSS/D18:Y6Se/PFN-Br/Ag 结构。
优化结果: 在 D18:Y6Se 1:1.6 (w/w) 的配比下,获得了最佳性能。
关键性能指标:
功率转换效率 (PCE):17.7%(平均 PCE 17.5%)。
短路电流密度 (Jsc):27.98 mA cm⁻²。
开路电压 (Voc):0.839 V。
填充因子 (FF):0.753。
EQE: 在 450 至 840 nm 范围内超过 75%。
与 Y6 对比: 基于 D18:Y6 的对照器件 PCE 为 17.1%,显著低于 D18:Y6Se 器件。
#光电
化学结构: 图1a 展示了 Y6 和 Y6Se 的化学结构,其中 Y6Se 将 Y6 中的硫原子(X=S)替换为硒原子(X=Se)。
Y6Se 的优势(与 Y6 对比):
更低的 Urbach 能量: Y6Se 的 Urbach 能量为 20.4 meV,远低于 Y6 的 24.6 meV,这是高性能有机光伏材料中报告的最低值,非常接近无机/混合半导体(约 15 meV)。这表明 Y6Se 的能量无序度显著降低。
机制解释: 低 Urbach 能量归因于 Y6Se 增强的分子刚性和更好的分子间堆积(更高的π-π堆叠结晶相干长度 CCL)。硒取代减少了芳香性并增加了醌式特征,从而提高了分子刚性。
2️⃣更宽更强的吸收: Y6Se 表现出更宽和更强的吸收,薄膜的吸收峰红移至 858 nm(Y6 为 741 nm),光学带隙为 1.32 eV,处于太阳能电池优化带隙范围内。
更高的电子迁移率: Y6Se 的场效应晶体管 (OFET) 电子迁移率为 4.2 × 10⁻² cm²V⁻¹s⁻¹,垂直方向的电子迁移率为 2.7 × 10⁻⁴ cm²V⁻¹s⁻¹,均高于 Y6。这得益于其更规整的分子堆积(GIWAXS 分析显示 Y6Se 的 π-π堆叠 CCL 更大)。
更好的光稳定性: 在强紫外A (UVA) 光照下,Y6Se 薄膜的吸光度几乎没有变化,而 Y6 薄膜的吸光度下降了 2.5%。这归因于有机硒化合物更好的抗氧化性。
能级: Y6Se 的 LUMO 为 -4.15 eV,HOMO 为 -5.70 eV(图1b),与供体 D18 形成良好的能级匹配。
3️⃣器件性能 (Device Performance)
电池结构: 基于 D18(供体)和 Y6Se(受体)的铸膜(as-cast)OSCs,采用 ITO/PEDOT:PSS/D18:Y6Se/PFN-Br/Ag 结构。
优化结果: 在 D18:Y6Se 1:1.6 (w/w) 的配比下,获得了最佳性能。
关键性能指标:
功率转换效率 (PCE):17.7%(平均 PCE 17.5%)。
短路电流密度 (Jsc):27.98 mA cm⁻²。
开路电压 (Voc):0.839 V。
填充因子 (FF):0.753。
EQE: 在 450 至 840 nm 范围内超过 75%。
与 Y6 对比: 基于 D18:Y6 的对照器件 PCE 为 17.1%,显著低于 D18:Y6Se 器件。
#光电


